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哈爾濱工業(yè)大學在碳化硅集成光量子糾纏器件領域取得新突破
2024年12月17日 09:46:31
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：3989
近日，哈爾濱工業(yè)大學深圳校區(qū)集成電路學院宋清海教授、周宇教授團隊在碳化硅集成光量子糾纏器件領域取得新突破，將進一步推進集成光量子信息技術在量子網(wǎng)絡和量子傳感領域的應用。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，哈爾濱工業(yè)大學深圳校區(qū)集成電路學院宋清海教授、周宇教授團隊在碳化硅集成光量子糾纏器件領域取得新突破，將進一步推進集成光量子信息技術在量子網(wǎng)絡和量子傳感領域的應用。
研究團隊在絕緣層上碳化硅(SiCOI)波導中成功制備了單個電子和核自旋的糾纏態(tài)，展示了在常溫條件下對這些自旋的有效控制能力。研究團隊在碳化硅(SiCOI)上首先制備單個電子自旋陣列，并通過精細操控展示了這些自旋的相干特性。他們將特殊的碳化硅(SiC)外延層晶圓與氧化硅晶圓結合，并通過磨削和拋光技術將碳化硅(SiC)層減薄到200納米。
隨后，利用離子注入技術在碳化硅(SiC)層中引入雙空位自旋，并通過光磁共振(ODMR)技術驗證了自旋的特性。在碳化硅(SiC)中，約有1.1%的碳原子和4.7%的硅原子具有核自旋。他們成功識別了一種特定類型的碳化硅量子缺陷，發(fā)現(xiàn)核自旋與電子自旋之間的強耦合能夠實現(xiàn)快速的量子操作。
宋清海介紹：“我們成功識別了一種特定類型的碳化硅量子缺陷，發(fā)現(xiàn)核自旋與電子自旋之間的強耦合能夠實現(xiàn)快速的量子操作。”這些發(fā)現(xiàn)為碳化硅(SiC)片上集成的光量子信息處理提供了重要基礎。
最后，他們將這種電子-核糾纏量子寄存器集成到光波導中，在波導中成功實現(xiàn)了接近100%的核自旋極化，并制備了最大糾纏貝爾態(tài)，通過量子態(tài)層析測量糾纏保真度為0.89。
該實驗結果表明，量子寄存器的光發(fā)射和自旋在集成后保持穩(wěn)定，糾纏也能夠穩(wěn)定保持在室溫的光波導中。這一成果展示了碳化硅平臺高效的自旋控制、糾纏與片上集成能力，進一步推進了集成光量子信息技術在量子網(wǎng)絡和量子傳感領域的應用。
研究成果以《室溫下波導集成的半導體光子平臺量子寄存器》(Room-temperature waveguide integrated quantum register in a semiconductor photonic platform)為題，發(fā)表于《自然通訊》(Nature Communications)。
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